《深入探究中断服务函数的调用时机》
一、中断的基本概念
图片来源于网络，如有侵权联系删除
中断是计算机系统中一种重要的机制，它允许外部设备或内部异常事件打断当前正在执行的程序流程，转而执行特定的中断服务函数（ISR，Interrupt Service Routine），中断可以由硬件触发，如外部设备（如定时器、串口、外部中断引脚等）产生的信号，也可以由软件触发，例如执行特定的软件中断指令。
二、硬件触发下中断服务函数的调用情况
1、定时器中断
- 定时器是一种常见的硬件设备，用于在经过特定的时间间隔后产生中断信号，当系统启动定时器并设置好定时周期后，定时器开始计数，一旦计数达到预设的值，就会产生一个中断信号，在一个嵌入式系统中，我们设置一个定时器每1毫秒产生一次中断，当定时器的计数器从初始值开始递增，到达对应1毫秒的计数值时，硬件会自动触发中断，系统会暂停当前正在执行的任务（如果没有更高优先级的任务正在执行），然后调用相应的定时器中断服务函数，在这个中断服务函数中，我们可以执行一些与时间相关的操作，如更新系统时钟、处理周期性任务等。
- 定时器中断在很多实时性要求较高的系统中非常重要，例如在电机控制中，定时器中断可以用于定期更新PWM（脉冲宽度调制）信号的占空比，以精确控制电机的转速，如果定时器中断不能按时触发和调用中断服务函数，电机的转速控制就会出现偏差，可能导致电机运行不稳定或者效率低下。
2、外部中断
- 外部中断是由外部设备通过特定的中断引脚向处理器发送中断信号而触发的，在一个智能家居系统中，当门磁传感器检测到门被打开或关闭时，它会通过连接到微控制器的外部中断引脚发送一个中断信号，当这个信号被微控制器检测到后，如果中断使能（即允许该外部中断发生），就会调用相应的外部中断服务函数，在这个函数中，我们可以进行一些操作，如发送通知到手机应用程序，告知用户门的状态发生了改变。
图片来源于网络，如有侵权联系删除
- 另一个例子是按键输入，当用户按下一个按键时，按键电路会产生一个电平变化，这个电平变化被连接到外部中断引脚后就会触发中断，中断服务函数可以用于读取按键的值，进行按键消抖处理，并根据按键的功能执行相应的操作，如调整设备的设置或者启动某个功能。
3、串口中断
- 串口在数据通信中广泛应用，当有数据通过串口接收或者发送时会触发中断，在接收数据时，当串口接收到一个字节（或一组数据，取决于串口的配置），硬件会自动设置相应的标志位并产生中断信号，如果中断被使能，系统就会调用串口接收中断服务函数，在这个函数中，可以对接收的数据进行处理，如将数据存储到缓冲区，进行数据解析等。
- 在一个工业控制系统中，上位机通过串口向嵌入式设备发送控制指令，当每个指令字节被接收时，串口接收中断服务函数被调用，设备可以根据接收到的指令执行相应的操作，如调整设备的运行参数或者启动特定的工作模式，在发送数据方面，当串口完成一个字节（或一组数据）的发送后，会触发发送中断，发送中断服务函数可以用于继续发送下一组数据或者进行发送完成后的后续处理，如释放发送缓冲区等。
三、软件触发下中断服务函数的调用情况
1、软件中断指令
- 一些处理器提供了软件中断指令，当程序执行到这条指令时，就会触发中断并调用相应的中断服务函数，软件中断可以用于实现系统调用、任务切换等功能，在一个操作系统中，用户程序需要访问内核资源（如文件系统、设备驱动等）时，会执行一条软件中断指令，这个指令会触发系统调用中断，然后调用相应的中断服务函数，在这个函数中，内核会检查用户程序的请求合法性，然后执行相应的操作，如读取文件内容或者控制硬件设备。
图片来源于网络，如有侵权联系删除
- 软件中断还可以用于实现多任务系统中的任务切换，当一个任务的时间片用完或者满足某种任务切换条件时，操作系统可以通过执行软件中断指令来触发中断服务函数，在这个函数中，进行任务上下文的保存和恢复操作，然后切换到下一个任务执行。
2、异常处理中断（软件模拟的异常情况）
- 在一些情况下，程序可以通过软件方式模拟异常情况来触发中断，在调试程序时，为了测试中断服务函数在异常情况下的处理能力，可以通过设置特定的内存地址访问权限来模拟内存访问错误，当程序访问到这个被设置为非法访问的内存地址时，会触发一个类似于硬件异常的中断（虽然是软件模拟的），然后调用相应的中断服务函数来处理这种异常情况，如记录错误信息、进行错误恢复操作或者终止程序的运行。
四、中断嵌套与中断服务函数调用的关系
在一些系统中，支持中断嵌套，即当一个中断服务函数正在执行时，又发生了一个更高优先级的中断，在这种情况下，当前正在执行的中断服务函数会被暂停，系统会转而调用更高优先级的中断服务函数，在一个实时控制系统中，有一个低优先级的定时器中断用于更新显示信息，同时有一个高优先级的外部中断用于紧急停止操作，当定时器中断服务函数正在执行时，如果外部中断引脚检测到紧急停止信号，高优先级的外部中断会被触发，系统会暂停定时器中断服务函数的执行，调用外部中断服务函数来处理紧急停止操作，处理完高优先级的中断后，系统会恢复低优先级的定时器中断服务函数的执行。
中断服务函数的调用时机取决于硬件设备的状态变化、软件指令的执行以及系统的中断优先级设置等多种因素，理解这些因素对于正确设计和开发中断驱动的系统至关重要。
评论列表